DE2720544A1

DE2720544A1 - Verfahren zur kontrolle der thrombogenizitaet einer implantat-prothese und das dabei erhaltene produkt

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Publication number: DE2720544A1
Application number: DE19772720544
Authority: DE
Inventors: Philip Nicholas Sawyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-05-10
Filing date: 1977-05-06
Publication date: 1977-12-08
Also published as: GB1559946A; JPS619077B2; JPS52137197A; DE2720544C2; CA1119351A; US4082507A; FR2378504A1

Description

Ρε tent an λ ä. te

Dipl-Ing ΟίρΙ.-Chöm. Dipl-tng

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19 £ / Λ U O 4 H

8 München 60

Philip Nicholas Sawyer ' 6. Mai 1977

7600 Ridge Boulevard

Brooklyn, New York 11219 /V.St.A. Unser Zeichen: S 2915

Verfahren zur Kontrolle der Thrombdgenizität einer Implantat-Prothese und das dabei erhaltene Produkt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle bzw. Steuerung der Thrombogenizität von Gefäß-Implantat-Prothesen; sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Kontrolle bzw. Steuerung der Thrombogenizität von Gefäß-Implantat-Prothesen, bei dem man die Oberflächenladung der inneren Oberflächen der Prothese in den Fällen, in denen eine Gerinnung (Klumpenbildung) vermindert oder verstärkt werden soll, stärker negativ oder stärker positiv macht. Es ist bekannt, aus Kollagenmaterialien Gefäß-Implantat-Prothesen herzustellen. Solche Prothesen sind in der Tat im Handel erhältlich von der Firma Johnson und Johnson, New Brunswick, New Jersey/USA. Einschlägige Angaben finden sich in den folgenden Publikationen: S. A. Wesolowski, "The healing of Vascular protheses", •Surgery", 57, 319, 1965;

S. A. Wesolowski, C. C. Fries, R. T. Domingo, L. M. Fox und P. N. Sawyer, "Fate of simple and compound arterial protheses: Experimental and human observations", in "Fundamentals of Vascular Grafting", McGraw-Hill, New York, 1963, S. 252 bis 268;

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S. A. Wesolowski, G. R. Hennigar, L. M. Rox, CC. Fries und L. R. Sauvage, "Factors contributing to long term failure in human vascular prosthetic grafts", vorgelegt auf dem Symposium über Late Results of Arterial Reconstruction, International Cardiovascular Society Meeting, Rom _t September 1963, ¹¹J. Cardiov. Surg.",5, 55(1964);

P.N. Sawyer und J. W. Pate ¹¹A study of electrical potential differences across the normal aorta and aortic grafts of dogs, Research Report NM 007081, 10.06," Naval Medical Research Institute, Bethesda, Md., 1953;

P.N.Sawyer und J. W. Pate, "Bioelectric phenomena as etiologic factors in intravascular thrombosis.", "Amer. J. Physiol", 175, 103, 1953;

R. D. Williams und L. C. Carey, "Studies in the production of standard venous thrombosis.", "Ann. Surg.", 149, 381, 1959; S. I. Schwartz und J. W. Robinson, "Prevention of thrombosis with the use of a negative electric current", "Surg. Forum", 12, 46, 1961;

J. R. Sadd, D. E. Koepke, R. I. Daggett, W. C. Zarnsdorff, W. P. Young und V. L. Gott, "Relative ability of different conductive surfaces to repel clot formation on intravascular protheses", "Surg. Forum", 12, 252, 1961;

G. E. Means und R. E. Feeney, "Chemical Modification of Proteins.", Holden-Day, Inc., San Francisco, Calif. 1971, S. 144 bis 148.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Gefäß- Implantat-Prothese anzugeben. Ziel der Erfindung ist es ferner, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Gefäß-Implantat-Prothese anzugeben, die einer geringeren oder erhöhten Trombogenizität (Bildung von Thrombosen) unterliegt. Ziel der JErfindung ist es schließlich,

eine verbesserte Gefäß-Implantat-Prothese anzugeben, die in geringerem oder höherem Grade eine Thrombogenizität aufweist.

Diese und andere Ziele werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man die Oberflächenladung der inneren Oberfläche der Prothese stärker negativ oder stärker positiv macht. Wenn eine geringere Thrombogenizität erwünscht ist, wird die Oberflächenladung der inneren Oberfläche der Prothese stärker negativ gemacht; wenn dagegen eine erhöhte Trombogenizität erwünscht ist, wird die innere Oberfläche der Prothese stärker positiv gemacht.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt besöit das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften (des Leistungsvermögens) einer Implantat-Prothese durch Steuerung ih Trombogenizität darin, daß man eine Prothese herstellt aus einem Material aus der Gruppe (a) Kollagen und (b) Kollagen, das aus einem mit Ficin verlauten (digerierten), chemisch modifizierten Arterien- und Venenmaterial hergestellt worden ist, und die OberfEchenladung der inneren Oberflächen der Prothese kontrolliert bzw. steuert durch Umsetzung mit einer Verbindung aus der Gruppe Albumin, Bernsteinsäureanhydrid, der Glyoxale, Äthoxyameisensäureanhydrid, Ameisensäure, l-Äthyl-3-(3-dimethyl-' aminopropyl)carbodiimid und dgl.

Was die Suecinylierungsreaktion anbetrifft, so ist in der US-Patentschrift 3 927 422 angegeben, daß eine rohrförmige Kollagen-Gefäß-Implantat-Prothese einer Behandlung mit Bernstein- ' Säureanhydrid in einer basischen Lösung unterzogen wird, so daß seine innere Oberfläche eine höhere negative Oberflächen-Gesamt ladung aufweist,welche die Thrombosenbildung verhindert. Wie in der US-Patentschrift 3 927 422 angegeben, liegt das Implantat

im allgemeinen in Form eines Kpllagenrohres (einer Kollagenröhre) • 090Δ9

W W W "T w '

vor, von dem (der) ein Ende verschlossen wird und in das (die) eine Flüssigkeit wie Äthanol, zusammen mit einem flüssigen chemischen Reaktanten in den Hohlraum des Rohres (der Röhre) eingefüllt wird, um die negative Oberflächenladung ssiner (ihrer) inneren Oberfläche zu erhöhen. Bei diesem Reaktanten handelt es sich gemäß dieser Patentschrift um Bernsteinsäureanhydrid in einer basischen Lösung. In der oben genannten US-Patentschrift 3 927 422 ist auch angegeben, daß zur Durchführung der Succinylierungsreaktion bei einer typischen beispielhaften Ausführungsform eine NaHCO^-Pufferlösung in den inneren Hohlraum in mehreren aufeinanderfolgenden Portionen von etwa 10 ml-Anteilen eingefüllt wird, denen jeweils etwa 0,1 g Kristalle von Bernsteinsäureanhydrid zugesetzt werden.

Was die Reaktion anbetrifft, so wird das Implantat, das hergestellt worden ist aus Kollagen oder einem Kollagen, das aus einem mit Ficin digerierten (verdauten), chemisch modifizierten Arteri en- und Venenmaterial oder dgl.hergestellt worden ist, einer Umsetzung mit einer oder mit mehreren Verbindungen unterworfen, um die Ladung der vorhandenen Aminosäuren zu blockieren oder anderweitig zu kontrollieren (zu steuern), wobei diese Aminosäuren Arginin, Lysin, HydroxyIysin und Histidin umfassen. Eine positive Ladung wird mehr negativ gemacht, indem man Aminosäuren blockiert, wie weiter unten näher beschrieben. Diesbezüglich ergibt ein Kollagengefäß, das chemisch modifiziert worden ist, um die positiven Ladungen der basischen Aminosäuren, z. B. der oben erwähnten, zu neutralisieren, eine Erhöhung der negativen Gesamtladung auf der inneren Oberfläche. Die Oberfläche wird dann anschließend mit Glutaraldehyd oder einer anderen beizenden (gerbenden) Verbindung gebeizt (gegerbt), um die negative Gesamtladung zu stabilisieren, während die Festigkeit der Prothese

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-Jf-

durch Vernetzung erhöht wird. Zu geeigneten Modifizierungsmitteln gehören Bernsteinsäureanhydrid, Äthoxyameisensäureanhydrid, Ameisensäure, Äbumin und Phenylglyoxal. Ein anderes Modifizierungsmittel, das sich für die Neutralisation der Oberflächenladungen in der Kollagenhelix eignet,ist l-Äthyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid (auch als EDC bezeichnet).

Die wie vorstehend angegeben behandelten und gebeizten (gegerbten) Prothesen wurden in Bastard-Hunde in den Karotis- und Femoral-Positfonen implantiert. Nach Implantationsperioden von 2 Stunden, 2 Wochen, 1 Monat und 3 Monaten wurden die Hunde getötet und es wurden auch Untersuchungen eine Sekunde nach der Implantation durchgeführt. Bei der Entfernung (Herausnahme) wurde eine grobe Bewertung der Integrität der Gefäße und ihrer Thrombogenizität aufgezeichnet und die Gefäße wurden für histologische Untersuchungen jeder Prothese und der daran angrenzenden Bereiche der Empfängerarterie in Formalin konserviert. Es wurde eine deutliche Erhöhung der negativen Ladungen oder eine Neutralisation der positiven Ladungen der basischen Aminosäuren beobachtet.

Bei bevorzugten Ausführungsformen hat die Prothese die Form einer Gefäßprothese oder eines Ventils(z.B. einer Herzklappe). Das Kollagen wird vorzugsweise hergestellt aus einem mit Ficin · digerierten (verdauten) Rinderarterien- und-venenmaterial oder dgl.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

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Fig. 1 in schematischer Form das erfindungsgemäße Verfahren;

Fig. 2 die KoIlagen-HeIix und die Verwendbarkeit von Agentien zur Behandlung der negativen oder positiven Ladung von denen theoretisch angenommen wird, daß sie die Verbesserung herbeiführen;

Fig. 3 in schematischer Form eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 4 eine Abänderung der Vorrichtung gemäß Fig. 3.

Aus der Fig. 1 ist zu ersehen, daß das unbehandelte Kollagen der Stufe 10 in der Stufe 11 mit einem positiv oder negativ geladenen Modifizierungsmittel behandelt wird zur Herstellung eines verbesserten Kollagenmaterials in der Stufe 12 mit einer erhöhten negativen oder mit einer erhöhten positiven Oberflächenladung .

Die Fig. 2 erläutert die verbesserten Ergebnisse, die bei Anwendung der oben angegebenen jeweiligen Beispiele als Reaktanten zum Modifizieren der negativen oder positiven Oberflächenladung der inneren Oberflächen einer Prothese erhalten werden, durch Modifizieren der positiven oder negativen Ladung der vorhandenen Aminosäuren. Durch Beizen (Gerben) mit Glutaraldehyd und dgl. wird die Ladung stabilisiert·

Nachfolgend sind die Glutaraldehyd- und Modifxzierungsreaktionen angegeben:

(I) Glutaraldehyd-Vernetzung _ „

ο η j ι ? ?

H-6 - (CH₂)₃-0 «0 + 1-NH₃ ⁺ H₃N^-> WN - C -(CH₂)₃-C -N (Glurataldehyd) ' (Kollagen) !(vernetzte Verbindungen)

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- jr -

(II) Succinyl ienmg

₊ ^C- CH₉ pH 7.0 , /j

NH ⁺ +0 I ² > L NH - c-

"* ^C - CH '

C - CH₀
ti 2

(Kollagen) (Bernsteinsäure- (KoIlagen-Succinat-Brückenbindung) anhydrid)

(Ill) Albutninierung

MH₂H₂Ni+ H-C -(CH₂)₃ -C=O ) f- N=C -(CH₂)- C -

(Kollagen) (Albumin) (Glutaraldehyd) (KoIlagen-Albumin)

(IV) Arginin-Komplexbi1dung

\ _nn , ^NH₂ +(' >)-C-C^ ν pH 7.0-8.0

k HOOC CH (CH) NH CC \X NH ^?

HOOC - CH - (CH ) - NH - Cf; ^l f ^L 3 ^NNHo . NH₂ ²

(Arginin) (Pheny!glyoxal)

N-C-O.

I ^N-C-O.

l· HOOC - CH - (CHj - NH - C^ V-

¹ / ³ ^N-C-P^

Arginin-Phenylglyoxal-Kpmplex

(V) Histidin-Komplexbildung

NH„

f |2 ·

Y HOOC - CH - CH - C - CH + 0

/ Γ ₊ >C - 0 - CH₀ - CH₀

HN NH O^ 2 3 pH 4 - 7

^COCHCH-^

Histidin Äthoxyameisensäure-

anhydrid

■ NH₀

HOOC - CH - CH - C » CH 2

L I 8 _Λ Histidin-

^N^_C/^N - C - 0 - CH₂ - CH₃ leisen.

H eäure-Kom-

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(VI) Lysin-Komplexbildung

pH 7 NII₂ . ^ NH O O

-HOOC-CH-(CH₉). - NH ®+ CH₀-CH₀ [-HOOC-CH-(CH₉), - NH-C-(CH₀) -C ^L ** -> j2|2l /4 2₂

C C
Lysin q^ ^v0"» ^s\) Lysin-Ameisen-

. . .. säure-Komplex Ameisensäure ^v

Experimentelle Untersuchungen in bezug auf die Transplantation von modifizierten Kollagenprothesen haben gezeigt, daß durch eine hohe Porosität und durch eine negative Gesamtladung auf der inneren Oberfläche die Thrombogenizität (Neigung zur Thrombosenbildung) der Gefäß-Implantate abnimmt. Rinder-Karotis-Arterien, die sehr porös sind, werden beispielsweise digeriert (verdaut) durch Ficin entfernende Muskeln und Elastin, wodurch eine mögliche Reaktion begrenzt wird. Die Gefäße werden dann chemisch modifiziert, um die positiven Ladungen der Aminosäuren, wie z. B.Arginin, Lysin, Hydroxylysin und Histidin, zu blockieren, um die negative Gesamtladung auf der inneren Oberfläche zu erhöhen, oder um die Asparaginsäure und/oder Glutaminsäure zu neutralisieren, um die positive Ladung zu erhöhen. Durch anschließendes Beizen (Gerben) mit Glutaraldehyd oder dgl. wird die Oberflächenladung weiter stabilisiert, während gleichzeitig die Festigkeit durch Vernetzungen erhöht wird. Diese Prothesen werden dann in Bastard-Hunde in den Karotis- und Femoral-Positionen implantiert. Eine Sekunde nach der Transplantation wurden Untersuchungen durchgeführt und die Hunde wurden nach Transplantationsperioden von 2 Stunden, 2 Wochen, 1 Monat und 3 Monaten getötet. Bei der Entfernung (Herausnahme) wurde eine grobe Bewertung der Integrität und Thrombogenizität der Gefäße aufgezeichnet und die Gefäße wurden zur" Durchführung- hist ologischer Untersuchungen an jeder Prothese

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und^ingrenzenden Abschnitten der Empfängerarterie in Formalin konserviert. In jedemFalle wurde die gewünschte Beizung (Gerbung), die ein Anzeichen für eine Herabsetzung der Thrombogenizität ist, beobachtet.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiel 1
Arginin-Modifizierung

Eine 2%ige Lösung von Phenylglyoxalmonohydrat (PG) wurde wie folgt hergestellt: 2 g PG wurden zuerst in 5 ecm 95%igen Äthanol gelöst. Diese Lösung wurde dann zu einer ausreichenden Menge einer 10%igen Natriumbicarbonatpufferlösung (100 g/l) zugegeben, um das Gesamtvolumen auf 100 ecm zu bringen (der pH-Wert der Bicarbonatlösung betrug 8,0). Dann wurden Gefäße, die vorher dnrhdas Proterse-Ficin digeriert (verdaut) worden waren, 24 Stunden lang in die PG-Lösung eingetaucht. Die Lösung wurde während dieses Zeitraumes durch magnetische Rührstäbe kontinuierlich gerührt, um sicher-zu-stellen, daß die volle Länge der Gefäße dem PG richtig ausgesetzt war.

Nach 24 Stunden wurden die Gefäße mit dreifach destilliertem Wasser gründlich gewaschen,um die PG-Lösung zu entfernen (der pH-Wert der Lösung nach 24-stündiger Behandlung in dem Reagens betrug 8,3). Die Gefäße wurden dann wie nachfolgend angegeben gebeizt (gegerbt): Die Gefäße wurden in 97 ecm einer 10%igen Natriumbicarboatlösung, 3 ecm einer 50%igen Glutaraldehydlösung (3 ccm5 0%iger Glutaraldehyd/ 100 ecm Lösung) eingetaucht. Die Lösung wurde 2 Stunden lang gerührt. Dann wurde das Rühren beendet und die Gefäße wurden 72 Stunden lang in der Beizlösung

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belassen. Danach wurden die Gefäße gründlich mit dreifach destilliertem Wasser gewaschen und bis zur Transplantation in 30 bis 50 %igem Äthanol aufbewahrt.

Beispiel 2 Ljrsin-j Hydroxylysin- und Arginin-Modif izierung

Eine andere Gruppe von Gefäßen, die vorher mit Ficin digeriert (verdaut), mit Glutaraldehyd gebeizt und succinyliert (mit Bernsteinsäureanhydrid zur Modifizierung der Lysin-und HydroxyIysinReste) worden war, wurde dann mit einer 2%igen Phenylglyoxal-Lösung (für die Arginin-Modifizierung) wie oben angegeben behandelt und erneut mit Glutaraldehyd gebeizt. Die Gefäße wurden gewaschen und bis zur Transplantation in 30 bis 50%igem Äthanol aufbewahrt.

Beispiel 3 Histidin-Modifizierung_(tellweise gebeizt)

Mit Ficin digerierte (verdaute) Gefäße,wurden in eine 2%ige Äthoxyameisensäureanhydridlösung eingetaucht, die hergestellt worden war durch Zugabe von 2 ecm Äthoxyameisensäureanhydrid zu einer ausreichenden Menge 30 bis 40 %igem Äthanol,um das Gesamtvolumen auf 100 ecm Lösung zu bringen. Die Gefäße wurden 24 Stunden lang in der Lösung belassen, wobei während dieser Zeit kontinuierlich gerührt wurde. Nach 24 Stunden wurden die Gefäße mit dreifach destilliertem Wasser gründlich gewaschen, dann 72 Stunden lang zum Beizen (wie oben angegeben) in eine l,5%ige Glutaraldehydlösung eingetaucht.

Nach 72 Stunden wurde jedoch festgestellt, daß die Gefäße auf die Glutaraldehydbeizung nicht angesprochen hatten, d. h. sie wiesen nicht die Versteifung und orange-gelbe Farbe auf,

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/ft

die für gebeizte Gefäße charakteristisch ist. Das Beizverfahren wurde deshalb innerhalb der nachfolgenden 24 Stunden wiederholt. Die Gefäße schieren danach immer noch nicht gebeizt zu sein. Die Gefäße wurden dann in eine 10%ige Glutaraldehydlösung (vgl. mit der vorher verwendeten l,5%igen Lösung) eingetaucht und 24 Stunden lang darin belassen. Nach diesem Verfahren wurde eine Beizung festgestellt und es wurde beschlossen, diese Gefäße in dem Zustand, in dem sie vorlagen, zu implantieren. Sie wurden mit dreifach destilliertem Wasser gewaschen und bis zur Transplantation in 30 bis 50%igem Äthanol aufbewahrt. Der Grund dafür, warum diese Gefäße nicht vollständig gebeizt werden konnten, ist bisher nicht genau bekannt und es wird angenommen, daß auf irgendeine Weise das Äthoxyameisensäureanhydrid die NH*-Gruppen der Aminosäurereste, die normalerweise an dem Beizverfahren teilnehmen, durch Umsetzung mit dem Glutaraldehyd blockierte.

Beispiel 4

Lysin-^₁ Hydrolysin-^ Arginin- und Histidin-Modizifierung

Eine fünfte Gruppe von Gefäßen, die vorher mit Bernsteinsäureanhydrid (Lysin- und Hydroxylysin-Modifizierung) behandelt, mit Glutaraldehyd gebeizt und dann erneut succinyliert worden waren, wurde anschließend einer Arginin- und Histidin-Modifizierung unterworfen, in-detn man sie zuerst 24 Stunden lang mit Phenylglyoxal (Arginin) und dann 24 Stunden lang mit Äthoxyameisensäureanhydrid (Histidin) unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Verfahren behandelte.

Beispiel 5

Histidin-Modifizierung (vollständig gebeizt)

Mit Ficin digerierte (verdaute) Gefäße wurden zum Beizen

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24 Stunden lang in eine Lösung mit 1,5 % Glutaraldehyd und 10 % Natriumbicarbonat eingetaucht. Danach wurden die Gefäße mit dreifach destilliertem Wasser gründlich gewaschen und in eine 2%ige Äthoxyameisensäureanhydrid-Lösung eingetaucht, die hergestellt worden war durch Zugabe von 2 ecm Athoxyameisensäureanhydrid zu einer ausreichenden Menge 30 bis 50%igem Äthanol, um das Gesamtvolumen auf 100 ecm Lösung zu bringen. Die Gefäße wurden 24 Stunden lang in der Lösung belassen, wobei während dieser Zeit ständig gerührt wurde. Danach wurden die Gefäße gründlich mit 3iach destilliertem Wasser gewaschen und bis zur Transplantation in 30 bis 50%igen Äthanol aufbewahrt.

Beispiel 6
Albumin-Modifizierung

Gefäße,die mit Ficin digeriert (verdaut) worden waren, wurden mit destilliertem Wasser gewaschen und 1/2 Stunde lang in eine 10%ige Natriumbicarbnatlösung (100 g/l) eingetaucht. Es wurde eine Lösung von 10% Natriumbicarbonat (100 mg/1) und 3 % Rinderoder Human-Albumin (25 g/Liter) hergestellt. Die Gefäße wurden drei Stunden lang in die Lösung eingetaucht. Glutaraldehyd (1,5% (15 g/l)) wurde unter Rühren zu der obigen Lösung zugetropft und man ließ das Ganze mindestens 24 Stunden lang in einem Kühlschrank stehen, um alle Gefäßoberflächen dem Beizmittel vollständig auszusetzen. &ie Gefäße wurden dann aus dem Beizmittel herausgenommen. Anschließend wurden die Gefäße aus der Beizlösung entfernt, 3 Stunden lang succinyliert und bis zur Transplantation oder weiteren Modifizierung in 30 bis 50 %igem ÄtOH aufbewahrt.

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Operationstechnik

Es wurde ein schräger Einschnitt in die Haut entlang des vorderen Randes des Sternocleidoraastoid-Muskels vorgenommen. Die Jugularvene wurde freigelegt durch Herausschälen derselben aus der oberflächlichen und tiefen Cervikalfaszie, die aufgeschnitten wurden. Ein mäßiges Bluten wurde durch direkten Druck kontrolliert. Der Sternomastoid-Muskel wurde nach hinten herausgezogen, um die Karotis-Scheide freizulegen. Die Karotis-Scheide wurde geöffnet durch stumpfes Einschneiden und die Karotis-Arterie wurde dann von dem Vagus-Nerv und einer begleitenden Vene auf einer Länge von 10 cm getrennt.

Sezierung der Femoralarterie und -vene

Es wurde ein Einschnitt, beginnend an dem Leistenband^in caudaler Richtung (10 cm) entlang das Mittelspektes des Oberschenkels durchgeführt, um die oberflächliche Femoralfaszie und die darunter liegende Femcral-Scheide freizulegen. Nach dem Sezieren der oberflächlichen Femoralfaszie war zu 'sehen, daß die Femoralarterie und -vene innerhalb der Femoral-Scheide lagen. Die Gefäße wurden dann aus der Scheide herausgeschält und die Verzweigungen der Femoralarterie (die oberflächliche gekrümmte Darmbeinarterie, die äußere Pudendalarterie und die mittleren und seitlichen gekrümmtes Femoralarterien) wurden identifiziert. Der Einschnitt in das Gefäß für die Aufnahme des Transplantats wurde so gewählt, daß das Gefäß auf einer Länge von 5 cm die geringste Anzahl von Verzweigungen aufwies. Kleine Verzweigungen wurden mit 2-O-Seide in der Nähe ihres Ursprunges und am Ende abgebunden und zwischen den beiden Schleifen unterteilt.

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Herstellung und Transplantation der Gefäße (akut)

Vor der Implantation wurden die Kollagengefäße aus dem Alkohol entnommen; Dacron- und Teflon (P.T.F.E.)-Transplantate wurden aus ihren jeweiligen Behältern entnommen. Die Transplantate wurden dann auf die gewünschte Länge (30 mm) zugeschnitten, über mit HCl gereinigten Kanülen aus rostfreiem Stahl befestigt und mit Nabelstreifen an die Kanülen gebunden. Sie wurden dann in sterilem Wasser gründlich gewaschen und bis zur Transplantation in eine Kochsalzlösung gelegt.

Sowohl in die Arterien als auch in die Venen in den Nacken- und Femoralbereichen wurden akute Transplantate eingesetzt. Das Gefäß wurde mit langen Gefäßklemmen oder Bulldogg-Klemmen an zwei etwa 7 cm voneinander entfernten Punkten abgeklemmt. Eine dritte Klemme wurde in der Mitte zwischen den beiden erstenKlemmen angeordnet unter Verwendung von schwach gekrümmten Gefäßscheren. Auf jeder Seite der mittleren Klammer wurde ein Einschnitt durch eine Wand des Gefäßes durchgeführt. Die Transplantate wurden dann aus der sterilen Kochsalzlösung entnommen, an ihren freien Kanülenden in die "Schlitze" in dem Gefäß/eingesetzt- und mit Nabelstreifen befestigt. Das Blutgefäß wurde dann abgetrennt (durchgeschnitten) und die mittlere Klammer wurde entfernt. Die Gefäßklammern wurden dann entfernt (zuerst die für den Blutstromkörperfeme Klammer) und das Blut wurde die erforderliche Zeitspanne, etwa 1 Sekunde oder 2 Sekunden, durch das Transplantat strömen gelassen. Nachdem das Transplantat die erforderliche Zeitdauer dem Blutstrom ausgesetzt worden war, wurde das Gefäß wieder abgeklemmt und das Transplantat wurde entfernt und sofort in Formalin gelegt.

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Herstellung und Implantation von Gefäßen(chronisch)

Vor der Implantation wurden Kollagengefäße aus dem Alkohol entnommen, auf die gewünschte Länge (etwa 30 mm) zugeschnitten und in einer sterilen Kochsalzlösung gründlich gewaschen. Dacron- und Teflon (P.T.F.E.)-Transplantate wurden auf die gewünschte Länge ( 30 mm) zugeschnitten und sterilisiert.

Nur in die Arterien in dem Nacken- und Femoralbereich und in die Abdominal-Aorta wurden chronische Implantate eingesetzt. Die ausgewählte Arterie wurde mit langen Gefäßklemmen oder BuIldogg-Klemmen an zwei etwa 7 cm voneinander entfernten Punkten abgeklemmt. Die Arterie wurde dann in der Mitte zwischen den beiden Klammern mit feingekrümmten Gefäßscheren durchgeschnitten. Das Transplantat wurde mit einem kontinuierlichen Stich unter Verwendung von 5-0- und 6-0-Monofilament-Nylonnahtmaterial an jedes Ende der Arterie angenäht. Nachr dem die Klammern entfernt worden waren und die hauptsächlichen Blutungsflächen entlang der chirurgischen Naht repariert worden waren, wurden der Durchmesser des Implantats (Transplantats), der Außendurchmesser der Arterie und die Länge des Implantats (Transplantats) gemessen. Der Bereich der chirurgischen Wunde wurde dann mit einer 0,4%igen Kantrex (Kanomycin)-Lösung besprüht und die Faszie und die Haut wurden jeweils mit 2-O-Seide genäht. In jedem Falle wurde eine Kontrolle der reduzierten Thrombogenizität beobachtet.

Obgleich vorstehend eine Rühr-Technik beschrieben worden ist, umfaßt eine bevorzugtere Technik zur Herstellung von negativ oder positiv geladenen KoIlagen-Prothesen ein Rezirkulationssystem, wie in Fig. 3 dargestellt»bei dem die Rinder-Hetero-

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Transplantate 10 mit abgebundenen Seitenverzweigungen auf einen mehrgliedrigen Perfusions-Christbaum 12 aufgesetzt werden. Das Ficin und die anderen Entleerungs- oder Beschikkungslösungen werden mittels der Pumpe 14 in einem kontinuierlichen Kreislauf 16 durch dieses System gepumpt, so daß die gesamte Oberfläche der Kalb-Karotis-Arterien durchströmt wird. Auf diese Weise werden die inneren Oberflächen der Transplantate in gleicher Weise behandelt durch den über ihre Oberflächen hinweg fließenden konstanten Strom der Reaktionslösung.

Zusätzlich zu diesem rezirkulierenden chemischen Reaktantensystem sind noch zwei Ventilsysteme 18 und 20 vorgesehen, die das Auslaufenlassen der reaktionsfähigen Lösungen bei 22 erlauben und Berieselungen bei 24 mit destilliertem Wasser aus dem Cullegan-Dionisierungssystem ergeben. Für die Ansammlung der Lösung zum Baden der äußeren Oberflächen der Transplantate wird ein umgekehrt konischer Behälter 26 verwendet. Durch das Innere jedes Transplantats fließt die Lösung-vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 50 - 25 cm pro min oder von 1 VoI-Teil durch jedes Transplantat pro min.

Die Fig. 4 zeigt den Ersatz eines zylindrischen Gefäßes 30 unter Verwendung der"Christbaum-Anordnung 32, welche die Tranplantate 34 trägt. Die Spülung wird bei 36 durchgeführt und die Lösung 13 wird bei 38 abgezogen. Die nachfolgenden Angaben beziehen sich auf die vorher beschriebenen Verfahren: I.) Glutaraldehyd verbindet sich kovalent mit Kollagen unter Erzielung einer erfolgreichen Vernetzung,wie angegeben, und man erhält einen + Zunahme in bezug auf die negative Ladung. Ein interessantes Problem besteht darin, daß der überschüssige Glutaraldehyd auf der Oberfläche in irgendeiner Weise neutra-

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lisiert werden muß, so daß er nicltmit dem Blut reagiert und zu einer sofortigen Thrombose führt zu dem Zeitpunkt, zu dem die innere Oberfläche des Transplantats dem Blut ausgesetzt wird.

II.) Durch Succinylierung erhält man eine maximale negative Ladungs-Vernetzung mit den am leichtesten zugänglichen NH~- Gruppen an den freiliegenden Lycin-Seitenketten der Kollagen-Helix.

III.)Die Aluminisierung hat offensichltich eine geringere Spezifität^ist jedoch wirksamer und hat ein Bedeckungsvermögen beim Kombinieren mit fast allen verfügbaren NH_-Gruppen, wobei man eine Oberflächen-Mono-Schicht aus Albumin erhält, die in diesem Falle mit der darunter liegenden Helix durch Glutaraldehyd, wie angegeben, vernetzt ist, unter Bildung einer KoIlagen-Albumin-Bindung und einer Doppelbindung mit dem Glutaraldehyd mit einer sehr festen kovalenten Bindung.

IV.) Phenylglyoxal vereinigt sich mit Arginin auf der schweren Kette der KoIlagen-HeIix, wie in Fig. 2 und wie durch die chemische Gleichung angegeben, wobei das Arginin eine freiliegende ^,NH₂₊

C^NMtI -Vernetzung aufweist, die auftritt, wenn das NH₀ ein XNH₂₊ 2

Wasserstoffatom verliert,und die wie angegeben an die Carbonylgruppe von Phenylglyoxal gebunden ist. Dadurch erhält man eine negative Ladung (3-).

V.) Mit Histidin tritt eine Äthoxyameisensäureanhydrid-Komplexbildung im wesentlichen auf die gleiche Weise ein wie beim Arginin, das sich mit Bernsteinsäureanhydrid vereinigt und eine mittlere negative Ladung bildet.

VI.) Lysin vereinigt sich mit Ameisensäure unter Bildung eines Lysin-Ameisensäure-Komplexes.

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kl

Dadurch ist es möglich, das Kollagen mit diesen verschiedenen Materialien nacheinander zu vernetzen unter Bildung einer stark negative- geladenen Kollagenbindung.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifi-

ziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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Claims

Patentanwälte
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Ernsbergerstrasse 19
8 München 60
6. Mai 1977

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Brooklyn, New York 11 219 / V. St. A.

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Patentansprüche

ή Verfahren zur Kontrolle bzw. Steuerung der Thrombogenizität einer Implantat-Prothese, dadurch gekennz e ichnet, daß man eine Prothese herstellt aus (a) Kollagen und/oder (b)
Kollagen, das hergestellt worden ist aus einem mit Ficin verdauten (digerierten),chemisch modifizierten Arterien- oder Venenmaterial, und daß man die Oberflächenladung der inneren Oberflächen der Prothese kontrolliert bzw. steuert durch Umsetzung mit einer Lösung einer Verbindung aus der Gruppe Albumin, Bernsteinsäureanhydrid, der Glyoxale, Ameisensäure, Athoxyameisensäureanhydrid und l-Äthyl-S-CS-dimethylaminopropylJcarbodiimid.

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Dr.Hn/de

ORIGINAL INSPECTED

27205U

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächenladung durch Verabreichung eines Stabilisierungsmittels stabilisiert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Stabilisierungsmittel Glutaraldehyd, Dialdehydstärke und/oder Formalin verwendet.

4. . Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch kennzeichnet, daß man ein Kollagen verwendet, das aus mit

Ficin verdautem(digeriertem)Rinder-Karotis-Arterienmaterial hergestellt worden ist.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Prothese um eine Gefäßprothese handelt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Prothese um eine Herzklappe handelt.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prothese Aminosäuren aus der Gruppe Arginin, Lysin, Hydroxylysin und Histidin enthält.
8. Prothese, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7 hergestellt worden ist.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Kollagen um mit Dialdehydstärke gebeiztes (gegerbtes) Kollagen handelt.

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10. Verfahren zur Kontrolle der Thrombogenizität einer Implantat-Prothese, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Prothese aus einem Kollagen herstellt, die negative Oberflächenladung dieser Prothese erhöht und die Oberflächenladung durch eine Glutaraldehydreaktion nach der folgenden chemischen Reaktionsgleichung stabilisiert

ι-

Ο H

H-C- (CH₂)₃ - C - O +
11. Verfahren zur Verminderung der Thrombogenizität einer Gefäß-Implantat-Prothese, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächenladung der inneren Oberfläche der Prothese stärker negativ macht.
12. Verfahren zur Erhöhung der Thrombogenizität einer Gefäß-Implantat-Prothese, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächenladung der inneren Oberfläche der Prothese stärker positiv macht.
13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Prothese auf ihrer inneren Oberfläche Verbindungen mit einer positiven Ladung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man die positive Ladung durch Blockierung dieser Verbindungen stärker negativ macht.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Verbindungen um mindestens eine der folgenden Verbindungen handelt: Arginin, Lysin, Hydroxylysin und Histidin.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß man die Oberflächenladung der inneren Oberfläche der Prothese durch Umsetzung mit Bernsteinsäureanhydrid steuert.
16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächenladung mit Albumin steuert.
17. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächenladung der inneren Oberflächen der Prothese durch Umsetzung mit Glyceralen (Glyoxalen) steuert.
18. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächenladung der inneren Oberflächen der Prothese durch Umsetzung mit Äthoxyameisensäureanhydrid steuert.
19. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächenladung der inneren Oberflächender Prothese durch Umsetzung mit l-Äthyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid steuert.
20. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächenladung der inneren Oberflächen der Prothese durch Umsetzung mit Glutaraldehyd steuert.
21. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Prothese um ein Rohr handelt, daß man ein Ende dieses Rohres verschließt, dieLosung in das Rohr einführt und die Lösung rührt.

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22. Verfahrei nach den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung durch das Rohr fließen läßt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,

daß man die Lösung mit einer Geschwindigkeit von 50 - 25 ecm pro min durch das Rohr fließen läßt.
24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung mit einer Geschwindigkeit von 1 Vol-Teil - 20 % pro min durch das Rohr fließen läßt.

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